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Les écrans LCD-TFT sont désormais largement utilisés dans les dispositifs industriels. Les concepteurs se concentrent généralement sur des paramètres optiques tels que la résolution, la luminosité et le contraste. En pratique, cependant, la qualité d’image dépend non seulement du panneau lui-même, mais aussi de la manière dont il est contrôlé. L’architecture de contrôle et l’interface de communication utilisées déterminent, entre autres, la méthode de rafraîchissement, la reproduction des couleurs, la stabilité de la luminosité et la fluidité des animations de l’interface utilisateur. Un contrôleur mal sélectionné ou une configuration incorrecte du signal peuvent entraîner des artefacts d’image, une diminution de la luminosité effective, un contraste dégradé ou un fonctionnement instable de l’affichage.
Les problèmes liés au contrôle de l’affichage LCD-TFT sont un aspect clé de la conception des dispositifs électroniques. Dans cet article, nous présentons les principaux éléments de l’architecture de contrôle d’affichage ainsi que les facteurs à prendre en compte dès la phase de conception du système.
Qu’est-ce que le contrôle d’affichage LCD-TFT ?
Le terme « contrôle d’affichage LCD-TFT » désigne tous les mécanismes, signaux et procédures responsables de la transmission des données d’image et de la gestion du fonctionnement du panneau. Cela inclut, entre autres, la transmission des données de pixels, la génération et la synchronisation des signaux de synchronisation, la configuration des paramètres de fonctionnement de l’affichage, ainsi que le contrôle du système de rétroéclairage.
Le panneau TFT lui-même n’est pas un composant autonome – il nécessite une électronique de contrôle appropriée pour fonctionner correctement, fournir les données et gérer son fonctionnement. Selon l’architecture du système, ce rôle peut être assuré par un contrôleur d’affichage dédié. Dans de nombreuses solutions, cette fonction est également intégrée à un microcontrôleur ou un processeur d’application, qui génère des signaux de contrôle et transmet directement les données d’image au panneau.
Un bon contrôle de l’affichage a un impact direct sur la stabilité de l’image, la reproduction des couleurs, la fluidité de l’interface utilisateur et la fiabilité globale du système. Pour cette raison, traiter correctement la méthode de communication d’affichage et l’architecture de contrôle est l’un des aspects clés de la conception de dispositifs équipés d’écrans LCD-TFT.
Que faut-il pour contrôler un écran TFT ?
Un système de contrôle d’affichage LCD-TFT typique se compose de plusieurs éléments de base :
- une source de signal, telle qu’un microcontrôleur ou un système SoC,
- une interface de communication par laquelle les données d’image sont transmises,
- un contrôleur d’affichage responsable du mappage des données en pixels,
- un système de rétroéclairage LED ainsi que son circuit de contrôle,
- une alimentation adaptée assurant un fonctionnement stable de l’ensemble du module.
Le bon fonctionnement de tous ces éléments détermine la stabilité de l’affichage et la qualité de l’image générée.
Les interfaces de communication les plus courantes utilisées dans les écrans LCD-TFT
Selon le type d’affichage, sa résolution et les exigences de l’application, différentes interfaces de communication sont utilisées pour transmettre les données d’image entre le contrôleur et le panneau LCD-TFT. Ils diffèrent, entre autres, par la méthode de transmission des données, le nombre de lignes de signal, la bande passante et la complexité de la mise en œuvre.
RVB
L’interface RVB est l’une des méthodes les plus simples et les plus couramment utilisées pour contrôler les écrans TFT. Les données d’image sont transmises en parallèle – chaque composante couleur (R, G, B) est transportée sur des lignes séparées, généralement au format 16, 18 ou 24 bits.
En plus des lignes de données, des signaux de synchronisation tels que HSYNC, VSYNC, DE (Data Enable) et l’horloge de pixel (PCLK) sont également utilisés. L’interface RVB permet la transmission directe et continue des données de pixels, assurant un affichage fluide de l’image, mais elle nécessite un nombre relativement important de lignes de signal et une synchronisation de synchronisation précise.
LVDS
L’interface LVDS (Low Voltage Differential Signaling) est une norme de communication à haute vitesse utilisée sur les écrans de taille supérieure ou de résolution supérieure. Les données sont transmises sous forme de signaux différentiels, ce qui réduit la susceptibilité aux interférences électromagnétiques et permet une transmission stable sur de plus longues distances.
Grâce à la sérialisation des données, le nombre de fils requis est inférieur à celui des interfaces parallèles, tout en maintenant une bande passante élevée. Cette solution est couramment utilisée dans les écrans conçus pour des applications industrielles.
MIPI DSI
Le MIPI DSI (Mobile Industry Processor Interface – Display Serial Interface) est une norme de communication moderne utilisée dans les écrans LCD-TFT. Il utilise des lignes de transmission différentielles à haute vitesse, ce qui réduit le nombre de connexions nécessaires et simplifie la conception des systèmes électroniques.
Grâce à sa large bande passante, MIPI DSI permet de supporter des écrans haute résolution tout en conservant un faible nombre de lignes de signal. Cela le rend particulièrement adapté aux dispositifs et modules compacts, où la réduction des connexions et l’économie d’espace sont essentielles.
SPI
L’interface SPI est principalement utilisée dans de petits écrans à résolution relativement faible. Ses principaux avantages sont la simplicité de la mise en œuvre et le faible nombre de lignes de signalisation requises.
Dans de telles solutions, les données d’image sont transmises en série à un contrôleur situé dans le module d’affichage, qui gère la GRAM (RAM graphique) stockant le contenu actuel de l’écran. En raison de sa bande passante limitée, SPI est principalement utilisé dans des applications plus simples et des interfaces utilisateur avec peu de changements de contenu dynamique.
QSPI
QSPI est une extension de l’interface SPI qui permet la transmission parallèle de données sur plusieurs lignes simultanément. Cela augmente significativement la bande passante par rapport au SPI standard, tout en maintenant une implémentation relativement simple.
En pratique, QSPI est utilisé, entre autres, pour la communication entre un microcontrôleur et des contrôleurs graphiques externes, tels que les dispositifs de type EVE. La bande passante plus élevée permet une transmission plus rapide des données et des commandes liées à la gestion de l’interface utilisateur, ce qui est particulièrement important dans les applications graphiques plus exigeantes.
En conséquence, QSPI est utilisé dans des systèmes nécessitant la prise en charge d’affichages à plus haute résolution tout en conservant un nombre limité de lignes de signal.
Interfaces MCU (8080 / 6800)
Les interfaces MCU, également appelées modes 8080 ou 6800, ressemblent à une communication avec la mémoire parallèle. Le microcontrôleur écrit les données directement dans les registres ou la mémoire d’affichage du contrôleur d’affichage.
Cette solution est utilisée dans les écrans équipés d’un contrôleur graphique intégré, qui gère le rafraîchissement des images et génère des signaux de contrôle pour le panneau TFT. En conséquence, les exigences imposées au microcontrôleur sont moindres, bien que cela se fasse au détriment d’une performance de transmission de données réduite.
Le choix de l’interface appropriée a un impact direct sur la performance du système, la fluidité de l’image, le nombre de lignes de signal requises et la complexité globale de la conception électronique.
En savoir plus sur les interfaces dans nos guides de blog :
Aperçu des interfaces populaires pour la transmission d’images – partie 1,
Aperçu des interfaces populaires pour la transmission d’images – partie 2.
Contrôleur d’affichage
Dans l’architecture des systèmes utilisant des écrans LCD-TFT, le contrôleur d’affichage est l’un des composants clés responsables d’un contrôle correct des panneaux et de la présentation de l’image. Chaque écran LCD-TFT comprend un contrôleur interne qui effectue les fonctions de base nécessaires à son fonctionnement, telles que la synchronisation des signaux, l’adressage des pixels et l’adaptation des signaux de commande aux exigences d’un panneau spécifique. Sans cet élément, le bon fonctionnement de l’affichage ne serait pas possible.
Cependant, il convient de souligner que la présence d’un contrôleur interne ne signifie pas que l’écran gère pleinement la couche graphique. Les fonctions liées à la génération d’interface utilisateur peuvent être effectuées par un contrôleur d’image supplémentaire ou directement par un microcontrôleur ou un SoC. En pratique, il est également nécessaire de générer des données d’images, de gérer la mémoire et de gérer des éléments graphiques tels que le texte, les icônes ou les animations. La manière dont ces fonctions sont implémentées dépend de l’architecture système et influence directement la complexité du projet, les exigences matérielles et les capacités de l’appareil final.
Quelle que soit l’architecture choisie, le contrôleur d’affichage interne est toujours un élément commun, tandis que les différences résident dans la manière dont les données d’image sont générées et traitées côté système hôte.
Contrôle d’affichage TFT à l’aide d’un contrôleur d’image externe
Dans cette approche, Le contrôleur d’affichage interne fonctionne conjointement avec un contrôleur d’image externe supplémentaire responsable de la génération graphique et de la gestion de l’interface utilisateur. Le microcontrôleur ne contrôle pas directement l’affichage mais communique avec le contrôleur graphique, qui envoie ensuite les données appropriées au module TFT.
Le contrôleur d’image externe prend en charge des tâches telles que le rendu graphique, la gestion des animations, la gestion de la mémoire d’image et l’interprétation des commandes graphiques. En conséquence, le microcontrôleur principal n’est pas chargé de générer des images en temps réel. Cela réduit les besoins en puissance de traitement et en ressources mémoire au sein du système.
Les contrôleurs de la famille EVE (Embedded Video Engine) sont un exemple de contrôleurs graphiques spécialisés. Ils communiquent généralement avec le microcontrôleur via SPI ou QSPI, et avec l’affichage TFT via une interface RGB ou LVDS parallèle . Au lieu de transmettre des données d’image complètes, le microcontrôleur envoie des commandes liées à la génération de l’interface utilisateur, telles que l’affichage du texte, le dessin d’éléments graphiques ou la gestion de widgets prédéfinis. Le contrôleur lui-même est responsable de la génération d’images, de la gestion des couches graphiques et – selon la version – de fonctionnalités telles que les fonctions tactiles. Cette approche réduit considérablement la charge des microcontrôleurs et simplifie la mise en œuvre de l’IHM.
Contrôle d’affichage TFT à l’aide d’un microcontrôleur ou SoC
Dans cette approche, l’écran TFT est contrôlé directement par un microcontrôleur ou un SoC avec un contrôleur d’image intégré. Le module LCD-TFT lui-même inclut toujours un contrôleur interne nécessaire au bon fonctionnement du panneau, mais la génération et la transmission des données d’image sont gérées par le système hôte . En conséquence, il n’est pas nécessaire d’ajouter un contrôleur graphique externe supplémentaire, puisque les fonctions de création et de traitement d’image sont implémentées du côté de l’unité de contrôle.
Cette solution offre une plus grande flexibilité de conception et un contrôle total sur la manière dont le contenu est généré et présenté. Il permet une gestion précise du tampon d’images, des méthodes de rendu et de la structure de l’interface utilisateur, permettant d’adapter le système aux besoins spécifiques de l’application.
Cette approche est typique des systèmes plus avancés qui utilisent des microcontrôleurs haute performance ou des plateformes SoC disposant d’une puissance de traitement suffisante, d’interfaces de communication et de ressources mémoire nécessaires à la gestion graphique. Il est couramment utilisé dans les appareils nécessitant une résolution plus élevée, une dynamique d’image plus élevée et des interfaces utilisateur plus complexes. Cependant, il convient de noter que cette solution s’accompagne d’une complexité de conception accrue et d’exigences matérielles plus élevées. Cela nécessite une gestion adéquate des ressources système, une configuration correcte de l’interface et une prise en compte des performances de traitement d’image dès la phase de conception.
En pratique, le choix de l’architecture dépend principalement des exigences de l’application, du niveau de complexité attendu de l’interface, des ressources matérielles disponibles et des priorités du projet. Dans les cas où la simplicité de l’implémentation, la réduction de la charge du microcontrôleur et une intégration plus facile sont essentielles, l’utilisation d’un contrôleur d’image externe est une solution favorable. En revanche, dans les projets nécessitant des performances supérieures, des graphiques plus avancés et l’utilisation de plateformes informatiques modernes, il est justifié d’utiliser un microcontrôleur ou un SoC avec un contrôleur d’image intégré.
Dans les deux cas, l’écran LCD-TFT repose sur son contrôleur interne, qui est responsable du contrôle de base du panneau et reste un élément essentiel pour le bon fonctionnement de l’ensemble du système.
Configuration des écrans LCD-TFT
Après l’allumage, un écran LCD-TFT nécessite une configuration correcte de ses paramètres de fonctionnement. Ce processus consiste à définir les paramètres corrects du contrôleur d’affichage et de l’interface de communication afin de permettre une transmission et une affichage appropriées des données d’image. La méthode de configuration dépend du modèle d’affichage spécifique et du contrôleur utilisé, et est généralement décrite dans la documentation du fabricant.
Lors de la configuration, les paramètres suivants sont généralement définis :
- orientation de l’image,
- format et profondeur des couleurs,
- Fréquence de rafraîchissement et timings du signal,
- mode d’interface de communication,
- paramètres de contrôle du contre-éclairage.
Dans de nombreux écrans, la configuration est effectuée en envoyant une séquence appropriée de commandes d’initialisation au contrôleur d’affichage. En conséquence, les valeurs requises sont inscrites dans les registres de configuration du contrôleur, permettant ainsi un bon fonctionnement du panneau. Ce n’est qu’après cette étape terminée que l’image peut être affichée correctement.
Contrôle du rétroéclairage LCD-TFT
Le rétroéclairage LED est l’un des éléments clés influençant la lisibilité des écrans LCD-TFT. Puisque la matrice à cristaux liquides elle-même n’émet pas de lumière, la visibilité de l’image est rendue possible grâce à un système de rétroéclairage placé derrière l’affichage ou le long de ses bords.
Les solutions modernes utilisent des LED alimentées par des circuits de pilotage dédiés, qui assurent un courant de fonctionnement stable et permettent un contrôle précis de la luminosité. En pratique, ce contrôle est le plus souvent mis en œuvre par modulation PWM, où le signal PWM pilote l’entrée du transducteur LED, et le transducteur est responsable de la régulation correcte du courant des LED. Cette approche permet un réglage de la luminosité en douceur sans dégrader la qualité de l’image.
Dans de nombreuses applications, la luminosité du rétroéclairage est également ajustée automatiquement aux conditions ambiantes en fonction des mesures des capteurs de lumière.
Un système de contrôle du rétroéclairage bien conçu a un impact significatif à la fois sur la lisibilité de l’interface utilisateur et sur l’efficacité énergétique globale de l’appareil.
Problèmes courants dans le contrôle d’affichage TFT
Lors de la conception de systèmes utilisant des écrans LCD-TFT, divers problèmes peuvent survenir liés à l’intégration du panneau avec le système de contrôle. Les plus courants incluent :
- Pas d’image après le démarrage de l’appareil,
- Affichage clignotant ou instable,
- une mauvaise reproduction des couleurs,
- bruit d’image ou artefacts,
- une lisibilité insuffisante dans des environnements lumineux.
Dans de nombreux cas, ces problèmes résultent d’une mauvaise sélection de l’interface de communication, d’une mauvaise configuration du contrôleur d’affichage ou d’un contrôle inadéquat du rétroéclairage. Ils peuvent aussi être causés par des paramètres de synchronisation du signal incorrects, comme l’horloge des pixels.
Certains de ces problèmes peuvent être résolus à l’étape de configuration logicielle ou en ajustant les paramètres du contrôleur d’affichage. Cependant, les erreurs de conception au niveau matériel – telles qu’une architecture d’interface inadaptée ou une correspondance de signal inadéquate – nécessitent souvent des modifications de la conception électronique.
Support Unisystem dans les projets
Unisystem assure un support à chaque étape de la conception des systèmes avec des écrans LCD-TFT.
Notre équipe Solutions réalise des projets qui couvrent non seulement l’écran lui-même, mais aussi tous les éléments nécessaires à son intégration dans l’appareil cible. Cela inclut, entre autres, l’intégration des composants électroniques et mécaniques, l’étalonnage des contrôleurs tactiles, le choix des matériaux de collage appropriés et la personnalisation du verre de recouvrement. En conséquence, un module d’affichage complet et cohérent est créé – par exemple, basé sur la technologie LCD-TFT – adapté aux conditions de fonctionnement, aux exigences environnementales et aux spécificités d’une application donnée.
Le processus du projet commence par une analyse des besoins clients et l’élaboration d’un concept de solution. Ensuite, une équipe d’ingénieurs – incluant des spécialistes en électronique, mécanique et logiciels – prépare la conception, le prototype et réalise les tests et la validation du système. Si la phase de prototypage et de test réussit, l’étape suivante consiste à préparer la solution pour la production de masse.
Cette approche réduit le temps de développement des dispositifs et minimise le risque de problèmes d’intégration. Le client reçoit non seulement un seul composant, mais une solution technologique complète prête à être utilisée dans le produit final.
Le contrôle d’affichage LCD-TFT est bien plus que la simple transmission d’une image. C’est un processus complexe qui affecte la qualité du contenu, la fiabilité des appareils et l’expérience utilisateur. Un système de contrôle bien conçu permet d’exploiter pleinement les capacités de l’écran et aide à éviter les problèmes lors de la mise en œuvre du produit.
L’équipe Unisystem accompagne les clients dans la conception et l’intégration de solutions d’affichage LCD-TFT – du concept à un module prêt à l’emploi. Contactez-nous pour discuter de votre projet.
